PCBニュース - PCBボードの熱設計

1. 熱の重要性 PCB設計

有用な作業に加えて，電子機器が消費する電気エネルギーの大部分は熱放射に変換される。電子機器で発生した熱は内部温度を急速に上昇させる。熱が時間内に消散されない場合、機器は加熱し続け、コンポーネントは過熱により故障し、電子機器の信頼性が低下する。smtは電子機器の設置密度を高め，有効冷却面積を減らし，機器温度上昇の信頼性に重大な影響を与える。したがって，熱設計を研究することは非常に重要である。

2. プリント回路基板 温度上昇係数解析

PCBの温度上昇の直接原因は回路パワーデバイスの存在であり，電子デバイスは電力消費量を変化させ，加熱強度は電力消費によって変化する。

プリント基板の温度上昇現象

（1）地方又は広域の温度上昇；

2）短期温度上昇，長期昇温。

pcb熱パワーの解析では，一般的に次のような観点から解析した。

2.1電力消費量

1）単位面積当たりの消費電力の解析

2）pcbボード上の消費電力分布を解析した。

プリント板の2.2の構造

プリント基板サイズ

2）プリント基板材料。

2.3プリント板のインストール方法

（1）垂直設置、水平設置等の設置方法。

2）シール状態とシェルからの距離。

2.4の熱放射

プリント板表面の放射係数

（2）プリント基板と隣接面との温度差とその絶対温度；

2.5熱伝導

（1）ラジエータを設置する。

（2）他の取付け部品の導通。

2.6熱対流

自然対流

2）強制冷却対流。

PCBからのこれらの要因の解析は、プリント基板の温度上昇を解決するための効果的な方法であり、これらの要因が相互に関連し、依存している場合、多くの要因が実際の状況に応じて分析されるべきであり、特定の実際の状況についてのみ、温度上昇および消費電力およびその他のパラメータを正確に計算または推定することができる。

3 .熱設計の原理

3.1選択材料

（1）PCB線を通過する電流が所定の周囲温度に加えられることによる温度上昇は、125℃以上（通常使用される値）を超えないこと。選択したプレートによって異なります。プリント基板に設置された部品はまた、動作温度に影響を与える熱を放出するので、これらの要因は、材料の選択及びプリント基板の設計において考慮されるべきである。高温点温度は125℃を超えないこと。可能ならばより厚い銅のひもを選んでください。

2）特殊な状況下で，アルミニウムベース，セラミックベース，その他の熱抵抗板を選定できる。

3）多層基板構造の使用はpcb熱設計に資する。

3.2は、放熱チャンネルがブロックされていないことを確認します

（1）部品のレイアウト、銅皮、窓、冷却穴、および他の技術を最大限に利用して、熱がPCBにスムーズに輸出できるように、合理的かつ効果的な低熱抵抗チャネルを確立する。

2）穴を通る放熱の設定

穴とブラインドホールを通るいくつかの熱放散は、効果的に放熱領域を改善し、熱抵抗を低減し、回路基板の電力密度を向上させることができる。などの溶接パッド上のLCCCデバイスでスルーホールを設定します。回路製造のプロセスでは、はんだは熱伝導性を改善するために充填され、回路が動作したときに発生する熱は、すぐに金属熱散逸層または背面に設定された銅ムーアに伝達される。いくつかの特定の場合、放熱層を有する特別に設計され使用される回路基板において、放熱性材料は、一般的に、銅／モリブデンおよび他の材料（例えば、いくつかのモジュール電源に使用されるプリント基板）である。

熱伝導性材料の使用

熱伝導プロセスにおける熱抵抗を低減するために、熱伝導率を向上させるために、高パワー素子と基板との接触面に熱伝導性材料を用いる。

プロセス方法

熱放散条件を改善するためには、少量の微細な銅をはんだペーストに混入させることができ、装置の下の半田スポットはリフロー溶接後一定の高さになる。デバイスとプリント基板間のギャップは増加し，対流熱散逸を増加させる。

コンポーネントの3.3のレイアウト要件

（1）PCBのソフトウェア熱解析を行い、内部温度上昇の最大値を設計・制御する。

（2）高加熱及び高放射線を有する部品は、プリント基板上に設置するように特別に設計することができる。

（3）基板の熱容量を均一に分布させる。大きな電力消費装置の分配を集中させないために注意してください。それが避けられないならば、高コンポーネントは気流の上流に置かれなければならなくて、熱消費濃度地域を通して十分な冷却気流を確実にしなければなりません;

（4）伝熱経路をできるだけ短くする。

（5）伝熱断面積をできるだけ大きくする。

（6）部品の配置は、周囲の部分に対する熱放射の影響を考慮しなければならない。熱感受性部品及び半導体デバイスを含む構成要素は、熱源から遠ざかるか又は分離する必要がある

（7）（液体媒体）コンデンサは、熱源から最も離れている。

（8）強制換気と自然換気を同じ方向にするよう注意してください。

（9）取付けられたサブプレートのエアダクト及び装置は、換気方向と一致する。

（10）空気取入口及び排気を十分な距離にできるようにすること

（11）加熱装置をできるだけ製品の上に配置し、条件が成立したときに空気流路内になければならない。

（12）高熱又は電流を有する部品はプリント基板の角部及び端部に配置してはならず、できるだけ遠くに放熱器に設置し、他の装置から遠ざけ、熱放散路が遮られないようにする。

（13）（小信号増幅器周辺機器）小型ドリフトデバイスを使用しようとする

（14）金属シャーシやシャーシをできるだけ熱放散する。

配線の3.4要件

プレート選定（プリント基板構造の合理的設計）

( 2 )配線規則

（3）デバイス電流密度に応じて最小チャネル幅を設計する。接合部のチャネル配線に特別の注意を払う

（4）大電流ラインはできるだけ浅くしなければならない。要件を満たすことができない条件では、バスバーの使用を考慮することができます

（5）接触面の熱抵抗を最小にする。従って、熱伝導面積を大きくする必要がある。接触面は平坦で滑らかでなければならず、必要に応じて熱シリコーングリースでコーティングすることができる

（6）熱応力点と太線を考慮して熱応力点を考慮した。

（7）放熱性銅皮の窓開放方法を採用し，放熱抵抗溶接の窓開放方法を適切に使用する。

（8）大きな表面銅箔の使用に応じて；

（9）プリント基板上の接地取付穴は、放熱板用のプリント基板の表面に設置ボルト及び銅箔を十分に使用するために大きなパッドを採用する。

（10）金属化された穴を配置するのに可能な限り、アパーチャ、ディスク表面ができるだけ大きく、熱放散を助けるために穴に頼る。

（11）装置の放熱のための補足手段。

（12）銅箔の表面積を大きく確保することができる場合には、経済的配慮のために付加ラジエータの方法を採用しない。

（13）デバイスの消費電力、周囲温度、最大許容接合温度に応じて、適切な表面冷却銅箔面積（Tj−Levis−Radio（0.5〜0.8）Tjmax）を算出する。